Spinwellenanregung in magnetischen Nanohybridstrukturen (31,8 ...

Spindynamik
des Ferromagneten ihre Polarisationsrichtung ändern. Aus Gründen der Drehimpulserhaltung
muss der entsprechende Drehimpuls an die Magnetisierung abgegeben werden, was
deren Orientierung verändert und zum STT-Effekt führt. Der STT kann als zusätzlicher
Term in die Landau-Lifschitz und Gilbert-Gleichung (2.26) eingeführt werden (siehe auch
Abbildung 2.1).
Gewöhnlich werden zwei Arten strominduzierter Magnetisierungsdynamik unterschieden:
Zum einen die sogenannte pillar-Geometie, bei der ein spinpolarisierter Strom senkrecht
durch ein säulenartiges magnetisches Dünnschichten-Element fließt. Die Polarisierung findet
dabei durch eine hartmagnetische Lage statt, die sich in unmittelbarer Nähe einer weichmagnetischen
Schicht befindet. Beim Eintreten in diese Schicht bewirken die Elektronen ein
Drehmoment auf die lokale Magnetisierung, falls diese nicht parallel zur Spinpolarisation
steht. Somit kann ein “Schalten” der weichmagnetischen Schicht erreicht werden.
Im Mikromagnetismus wird der STT-Effekt in der pillar-Geometrie durch den Term
dM
dt = χ M s
M × (M × p) (2.27)
in der Landau-Lifschitz und Gilbert-Gleichung (2.26) berücksichtigt werden. Dabei ist p der
Einheitsvektor entlang der Richtung der Spinpolarisation des Stroms, vorgegeben durch die
hartmagnetische Lage der Struktur, und χ eine Funktion von M · p wie beschrieben von
Slonczewski [35].
Es ist ist dieser Anordnung auch möglich, dauerhafte Oszillationen der Magnetisierung durch
Gleichstrom anzuregen. So wurden beispielsweise in der pillar-Geometrie sogenannte Nano-
Oszillatoren hergestellt, die auf Basis des STT allein durch einen polarisierten Gleichstrom
Oszillationen ihrer Magnetisierung im GHz-Bereich erzeugen konnten.
Die zweite Art, in der STT auftreten kann, ist die Ausübung von Drehmoment durch Elektronen,
die einen inhomogen magnetisierten Ferromagneten entlangfließen. Der Mechanismus
des Drehimpulsübertrags ist im Prinzip der gleiche wie bei der pillar-Struktur. Dieser STT-
Effekt wird durch zwei zusätzliche Terme in die Landau-Lifschitz und Gilbert-Gleichung
(2.26) integriert, dem adiabatischen und dem nicht-adiabatischen:
dM
dt = −(u∇)M + β M s
M × [(u∇)M]. (2.28)
Hierbei ist u ein Vektor, der in die Richtung des Elektronenflusses zeigt, und die Amplitude
u = jP gµ B /(2eM s ) hat [36], mit j der Stromdichte, P dem Polarisationsgrad der Elektronen
und e der Elektronenladung.
Mit dieser Art des STT-Effekts können zum Beispiel die strominduzierte Bewegung von
Domänenwänden [37, 38] und das Schalten von Vortex-Kernen [39] beschrieben werden.
11